Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan IV 2016 ISBN 978-602-98569-1-0
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
D - 13
PREDIKSI PROBABILITAS DECK WETNESS
AKIBAT PERUBAHAN MASSA KAPAL
MELALUI PENGUJIAN MODEL KAPAL
Arifin
Pusat Teknologi Rekayasa Industri Maritim - BPPT
Email: [email protected]
ABSTRACT In the design and operation of an offshore structure, a safety and an economic aspects has become a
substantial consideration. And hence, a thorough study on the seakeeping aspects has to be aptly put
forward. Generally, a seakeeping study has been carried out extensively world wide, by involving
sophisticated mathematical method. In this research, some designs of ship as a function of ship mass variable
has been studied to predict happened deck wetness phenomenon. This research activity aims to improve
safety aspects of an offshore structure that operating under various wave conditions. A model testing in tank
used for determining probability of occurrence of deck wetness. Finally, based on the result of analysis, it
was shown that the probability of deck wetness of this ship has fulfilled the probability of deck wetness
criteria.
Keywords : FPU, Seakeeping Aspects, Model Testing, Wave Conditions, Probability Deck Wetness
ABSTRAK Pertimbangan aspek keamanan dan ekonomi pada Floating Production Unit (FPU) menjadi pertimbangan
utama dalam perencanaan dan pengoperasian struktur bangunan lepas pantai suatu anjungan terapung lepas
pantai, sehingga kajian aspek seakeeping harus dilakukan secara menyeluruh. Kajian Seakeeping sudah
dilakukan menyeluruh di seluruh dunia, terutama dengan menggunakan metode pendekatan matematika.
Kajian deck wetness ini dilakukan pada beberapa alternatif desain kapal (bangunan lepas pantai) yang
memiliki displacement yang berbeda. Kajian ini ditujukan untuk memperbaiki aspek keamanan bangunan
lepas pantai yang dioperasikan pada berbagai kondisi gelombang. Suatu metode pengujian model dilakukan
di tangki uji guna menentukan probabilitas kejadian deck wetness. Berdasarkan pada analisis data hasil
pemgujian, maka dapat ditentukan probabilitas deck wetness dan dibandingkan dengan kriteria Seakeeping
yang berlaku. Diketahui bahwa kejadian deck wetness kapal tersebut masih berada di bawah batas kriteria
probabilitas deck wetness.
Kata Kunci : FPU, aspek seakeeping, pengujian model, kondisi gelombang, kriteria probabilitas
PENDAHULUAN
Dalam perencanaan kapal dan anjungan lepas pantai di Indonesia, masalah keselamatan dan
efektifitas dianggap perlu mendapat perhatian yang serius dari instansi/lembaga yang berwenang
menetapkan kelayakan pengoperasiannya di lautan. Keselamatan yang dimaksudkan di atas
meliputi keselamatan penumpang/ABK, muatan, peralatan, serta kapal/anjungan itu sendiri sebagai
sarana transportasi/eksplorasi migas yang salah satunya dapat ditentukan dari kinerja seakeeping
kapal selama beroperasi di perairan bergelombang. Adapun efektifitas operasional suatu anjungan
ditentukan oleh seberapa besar waktu henti operasional (downtime) pada kondisi lingkungan yang
cukup ekstrim. Pada kondisi tersebut terkadang terjadi beberapa fenomena yang agak ekstrim, yang
dipengaruhi oleh dua faktor penting yaitu perencanaan bentuk lambung dan kondisi lingkungan
operasional kapal.
Salah satu alasan yang mendasari dilakukannya kajian ini adalah perlunya suatu penelitian
masalah kinerja seakeeping suatu kapal (anjungan lepas pantai) selama pengoperasiannya terutama
di perairan Indonesia. Sebagaimana diketahui bahwa permasalahan di kapal atau anjungan lepas
pantai muncul ketika kapal beroperasi pada kondisi lingkungan yang cukup ekstrim sehingga
memungkinkan terjadinya fenomena deck wetness atau bahkan green water,[1].
Fenomena naiknya air laut ke atas permukaan geladak kapal dapat mengakibatkan kerusakan
terhadap peralatan yang berada di atas geladak, konstruksi kapal/anjungan dan juga muatan kapal.
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan IV 2016 ISBN 978-602-98569-1-0
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
D - 14
Dalam pengoperasian kapal niaga, fenomena deck wetness biasanya dihindari dengan cara
menurunkan kecepatan kapal dan merubah arah sudut gelombang datang,[2].
Dalam kaitannya dengan perencanaan Flating Production Unit (FPU) sebagai salah satu
sarana eksplorasi migas, maka perlu dilakukan penelitian guna mendapatkan desain yang optimal.
Kajian perencanaan bentuk lambung kapal diperlukan untuk mengevaluasi agar respon yang terjadi
tidak berlebihan serta memprediksi kemungkinan terjadinya fenomena deck wetness selama
pengoperasiannya. Besaran dan frekuensi kejadian fenomena deck wetness sangat mempengaruhi
tingkat efektifitas operasional dan keselamatan anjungan lepas pantai.
Saat ini, ada beberapa metode yang dapat digunakan untuk memprediksi fenomena deck
wetness seperti perhitungan analitik, pendekatan numerik serta pengujian model. Dalam
perhitungan analitik maupun pendekatan numerik banyak digunakan asumsi-asumsi untuk
menyederhanakan permasalahan sehingga memungkinkan diperolehnya penyelesaian masalah.
Untuk kapal-kapal biasa, [3] telah melakukan analisa probabilitas untuk memprediksi probabilitas
deck wetness berdasarkan tinggi freeboard dan gerakan relatif antara haluan kapal dan gelombang.
Adapun pengujian model kapal untuk menentukan probabilitas deck wetness pada berbagai
kecepatan kapal dan tinggi gelombang telah dilakukan oleh [4]. Adapun untuk struktur anjungan
lepas pantai jenis FPU, penulis menganggap perlu dilakukan kajian menggunakan metode
pengujian model untuk mendapatkan data-data yang akan digunakan untuk memprediksi fenomena
deck wetness.
Kegiatan penelitian yang dilakukan meliputi pelaksanaan pengujian model kapal di tangki
uji. Pengujian model dilakukan pada kondisi air bergelombang terutama gelombang acak (irregular
wave) dengan tinggi dan frekuensi gelombang dan arah gelombang datang yang berbeda-beda.
Sebagai tujuan akhir penelitian ini, dilakukan kajian probabilitas kejadian deck wetness dari
beberapa pilihan desain kapal sebagai fungsi massa kapal pada beberapa sudut heading serta
kondisi lingkungan tertentu. Hasil analisis yang diperoleh selanjutnya dibandingkan dengan kriteria
seakeeping yang diberikan oleh beberapa peneliti/institusi yang digunakan di dunia saat ini.
Dengan penelitian ini diharapkan dapat diperoleh suatu gambaran kinerja seakeeping FPU guna
menunjang kinerja peralatan produksi dan kenyamanan anak buah kapal serta keselamatan kapal itu
sendiri sebagai sarana eksplorasi migas.
TINJAUAN PUSTAKA
Sebagaimana disinggung dalam bab di atas bahwa probabilitas deck wetness dipengaruhi oleh
besaran relative motion yang terjadi di sekitar badan kapal yang berbatasan dengan permukaan air.
Pada umumnya relative motion terbesar terjadi di ujung-ujung kapal seperti daerah buritan dan
haluan kapal. Pada kondisi kapal berlayar di perairan dengan gelombang yang cukup tinggi maka
kondisi ini memungkinkan terjadinya fenomena deck wetness. Secara matematis, relative motion
dapat dituliskan sebagai berikut,[5].
33 sr (1)
)sin(0 sieii tss (2)
)sin(0 Qte (3)
dimana:
s3 : gerakan vertikal absolut
: elevasi gelombang setempat
Substitusi persamaan (2) dan (3) kedalam persamaan (1) maka akan diperoleh persamaan berikut:
)sin(3303 retrr (4)
Gambaran relative motion dalam kaitan dengan sarat lokal ujung baling-baling serta freeboard
kapal ditunjukkan oleh Gambar 1.
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan IV 2016 ISBN 978-602-98569-1-0
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
D - 15
Gambar. 1. Relative Motion
Berdasarkan ilustrasi di atas dapatlah dipahami bahwa bilamana relative motion yang terjadi
melampaui freeboard kapal atau sarat lokal lainnya, maka akan terjadi fenomena freeboard
exceedance. Pada kondisi cuaca yang buruk, terlebih bilamana diperparah oleh desain bentuk
lambung kapal yang kurang baik maka sangat dimungkinkan terjadinya fenomena deck wetness
yang ditandai dengan naiknya air laut ke atas geladak. Hal ini sudah barang tentu membahayakan
keselamatan ABK, muatan maupun kapal itu sendiri.
Prediksi frekuensi kejadian fenomena di atas secara akurat dianggap masih sulit dilakukan. Salah
satu pendekatan analitik dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan berikut:
0
2
2
2
1exp
mC
FP
s
eds (5)
dimana:
Fe : freeboard kapal
Cs : koefisien sebagai fungsi bentuk lambung kapal, lokasi di kapal, kecepatan dan panjang
gelombang.
m0 : variance relative motion
Pengujian model di kolam uji merupakan alternatif yang dapat dilakukan untuk memprediksi
berbagai fenomena ekstrim seperti deck wetness, propeller racing dan slamming.
METODE
Pengujian Model
Model yang digunakan dalam pengujian ini dibuat dengan menggunakan metoda laminasi yaitu
badan kapal dibuat dari lembaran kecil-kecil kayu yang disusun membentuk badan kapal, yang
selanjutnya dilapis dengan fiberglass. Adapun skala model yang digunakan adalah 1:51,5. Ukuran
utama dan geometri kapal yang digunakan ditunjukkan oleh Tabel 1 dan Gambar 2 sebagai berikut:
Tabel 1. Ukuran Utama
MAIN DIMENSION UNIT MC_3 MC_4
FULL
SCALE MODEL
FULL
SCALE MODEL
LENGTH ( LPP ) m 206 4.000 196 3.800
BREADTH ( B ) m 52 1.010 52 1.010
FORE DRAFT (TF) m 7.8 0.151 7.8 0.151
AFT DRAFT (TA) m 7.8 0.151 7.8 0.151
DISPLACEMENT (Δ) MT 83185 0.594 79023 0.578
Kxx m 18.16 0.353 18.16 0.353
Kyy m 51.89 1.008 49.37 0.959
Kzz m 52.12 1.012 52.12 1.012
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan IV 2016 ISBN 978-602-98569-1-0
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
D - 16
Gambar 2. Body Plan Kapal
Sebelum dilakukan pengujian model di tangki uji, maka perlu dilakukan pengaturan tinggi titik
berat, titik metasenter dan jari-jari inersia kapal sesuai dengan kondisi kapal sebenarnya.
Instrumentasi
Beberapa instrumentasi (alat ukur) yang digunakan dalam pengujian ini terdiri atas:
Wave Height Sensor (WHS)
Elevasi permukaan gelombang diukur dengan menggunakan WHS yang dipasang di kapal pada
titik yang ditinjau.
Accelerometer
Digunakan untuk mengukur percepatan gerakan yang terjadi pada posisi tertentu di kapal yang
dianggap penting untuk di analisis.
Aqualysis
Merupakan peralatan yang bekerja berdasarkan prinsip optical tracking system yang digunakan
sebagai alat pengukur gerakan kapal dalam 6 derajat kebebasan yang terjadi selama tahapan
pengujian model.
Gambar 3. Lokasi Wave Probe dan Aqualysis
Kondisi Pengujian
Beberapa kondisi lingkungan laut yang perlu disimulasikan dalam pengujian untuk
menentukan performance seakeeping melalui analisis relative motion yang terjadi di kapal di
antaranya adalah:
Kondisi gelombang laut
Kondisi gelombang yang digunakan dalam pengujian ini adalah gelombang acak (irregular)
dengan karakteritik sebagai berikut:
- Hs1=2.4m ; Tp1=6.6s (spektrum 01)
- Hs2=4.3m ; Tp2=8.9s (spektrum 02)
Sudut heading kapal
Sudut heading didefinisikan sebagai sudut antara gelombang datang dengan kapal. Sudut
heading kapal yang dianalisis dalam pengujian ini adalah 450 , 900 (lihat Gambar 4)
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan IV 2016 ISBN 978-602-98569-1-0
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
D - 17
Gambar 4. Definisi Sudut Heading
Se-tup Pengujian
Set-up pengujian model ditunjukkan oleh Gambar 5 berikut.
WHS-2WHS-1
WAVE
POLE POLE
POLEPOLE
10630
4495.1
4495.1
2000.0
2000.0
1063010630
10630
Gambar 5. Set-up Pengujian Model
Satu hal penting yang juga memegang peranan penting dalam pengujian model kapal adalah data
akuisisi yaitu proses perekaman data dan analisis sehingga diperoleh data keluaran sebagaimana
yang direncanakan. Data pengukuran dalam bentuk analog terlebih dahulu diubah menjadi bentuk
digital, kemudian diubah menjadi data berbasis frekuensi dengan menggunakan program
Transformasi Fast Fourier (FFT). Pada akhirnya diperoleh data-data pengujian sebagaimana yang
direncanakan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan hasil-hasil pengujian yang telah dilakukan sebagaimana dijelaskan di atas, maka
dibuat grafik probabilitas untuk setiap lokasi di kapal yang ditinjau. Selain itu, nilai probabilitas
kejadian dibuat untuk setiap kondisi gelombang yang dianalisis. Grafik probabilitas kejadian deck
wetness ditunjukkan oleh Gambar 7 - 10 berikut.
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan IV 2016 ISBN 978-602-98569-1-0
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
D - 18
Gambar 7. Probabilitas Deck Wetness Kondisi MC3
Pada Posisi yang Berbeda; Spektrum 01, Heading 90 derajat
Gambar 8. Probabilitas Deck Wetness Kondisi MC4
Pada Posisi yang Berbeda; Spektrum 01, Heading 90 derajat
Gambar 9. Probabilitas Deck Wetness Kondisi MC3
Pada Posisi yang Berbeda; Spektrum 02, Heading 45 derajat
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan IV 2016 ISBN 978-602-98569-1-0
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
D - 19
Gambar 10. Probabilitas Deck Wetness Kondisi MC4
Pada Posisi yang Berbeda; Spektrum 02, Heading 45 derajat
Dari Gambar 7 dan 8 yaitu pada kondisi lingkungan (spektrum 01 dan sudut heading 90 derajat)
yang sama terlihat bahwa pada lokasi di bagian ujung-ujung kapal (haluan dan buritan), kondisi
massa kapal MC3 mempunyai probabilitas deck wetness yang relatif lebih besar dibandingkan
dengan kondisi massa MC4. Demikian sebaliknya untuk lokasi di tengah kapal.
Adapun Gambar 9 dan 10 menunjukkan bahwa pada kondisi lingkungan (spektrum 02 dan sudut
heading 45 derajat) yang sama terlihat bahwa pada semua lokasi di kapal, kondisi massa kapal
MC3 mempunyai probabilitas deck wetness yang relatif lebih besar dibandingkan dengan kondisi
massa MC4.
Pada kondisi lingkungan spektrum 01 dan sudut wave heading 90 derajat, diketahui bahwa pada
gelombang tersebut probabilitas deck wetness yang terjadi di lokasi 1 dan 3 kurang dari 2%.
Sedangkan pada lokasi 2, menunjukkan probabilitas deck wetness mendekati angka 20%.
Adapun pada kondisi lingkungan spektrum 02 dan sudut wave heading 45 derajat, diketahui bahwa
pada gelombang tersebut probabilitas deck wetness yang terjadi di lokasi 1 dan 2 kurang dari 1%.
Sedangkan pada lokasi 3, menunjukkan probabilitas deck wetness mendekati angka 20%.
Salah satu kriteria seakeeping diberikan oleh beberapa orang/institusi, khususnya yang terkait
dengan probabilitas deck wetness, di antaranya adalah Ochi dan Motter (1974), [6] yang
mensyaratkan probabilitas deck wetness harus lebih kecil dari 7%.
KESIMPULAN
Berdasarkan analisis di atas maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Kondisi massa kapal (MC3) dengan displacement yang lebih besar akan memberikan
probabilitas deck wetness yang lebih besar dibanding MC4 pada kondisi lingkungan yang
sama.
2. Secara umum dapat dinyatakan bahwa probabilitas deck wetness yang terjadi pada kedua
kondisi massa kapal (MC3 dan MC4) masih berada di bawah kriteria deck wetness. Akan
tetapi, pada kondisi gelombang tertentu (peak value) probabilitasnya masih cukup besar.
DAFTAR PUSTAKA [1] Nielsen, K.B., “Numerical Prediction of Green Water Loads on Ships”, Technical University
of Denmark, 2003.
[2] Tan, S.G., “Observations Made on Board Dutch Merchant Ships”, International Ship Building
Progress, vol. 16. (181): p. 259-276, 1969.
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan IV 2016 ISBN 978-602-98569-1-0
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
D - 20
[3] Ochi M.K., “Extreme Behavior of a Ship in Rough Seas”. Annual Meeting of the Society of
Naval Architecs and Marine Engineers, page 143-202, 1964.
[4] Hamoudi, Varyani, “Significant Load and Green Water on Deck of Offshore Units/Vessels”.
Ocean Engineering, vol. 25 (8): page 715-731, 1998.
[5] Lloyd, ARJM. “ Seakeeping Ship Behaviour in Rough Weather” , Ellis Horwood Limited,
1989.
[6] Walden D., Grundmann P., ‘Methods for Designing Hull Forms with Reduced Motions and
Dry Decks’, Naval Engineer Journal, 1985.